TWI627609B - 狀態檢測方法、機器人及移動裝置 - Google Patents
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Abstract
一種狀態檢測方法，適用於移動裝置。首先，設置至少一深度感測器於移動裝置的底部。取得至少一深度感測器之偵測訊號後，根據至少一深度感測器之偵測訊號的幅值，判斷移動裝置處於提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態。其中，提起狀態係為移動裝置懸空於一支撐面，傾斜狀態係為移動裝置之一端懸空於支撐面且另一端接觸於支撐面，邊緣狀態係為移動裝置位於支撐面的邊緣。據此，可於移動裝置處於上述提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態時，進行適當的應變程序。
Description
本發明係有關於一種機器人，特別是一種可偵測狀態的機器人、移動裝置及狀態檢測方法。
拜科技之賜，機器人科技已充斥於我們生活周遭，如生產設備之機械手臂、巡邏機器人、掃地機器人等。機器人不但擁有操作精準的特性，還可持續地進行重複性工作，可代替人們處理不想處理的事，掃地機器人便是一例。掃地機器人係為可自走的吸塵器，應用於居家清潔，可於夜間人們熟睡或日間人們外出時，在打掃範圍內四處移動，而清除行經路線上的灰塵、微粒等，使的人們不需要勞費心力的手持掃把一一打掃各個活動空間。
四處活動的機器人往往會配置有障礙物偵測器，例如以紅外線發射器向前輸出紅外光，當紅外光被前方物體反射並由機器人的紅外線接收器接收後，機器人可據以檢測前方是否有障礙物。然而，除了需要偵測機器人碰撞各方向上的障礙物外，機器人有可能因為地面不夠平坦或斜度過高而卡住或翻覆，從而無法繼續執行打掃的工作。此外，家中若有孩童，機器人也可能因孩童的好奇心而被舉起，此時若無法即時停止機器人，將有可能危害孩童的安全。
鑑於上述問題，本發明提出一種狀態檢測方法，適用於移動裝置，移動裝置可為機器人、手機或充電站等可活動搬移的裝置。首先，設置至少一深度感測器於移動裝置的一內側面。取得至少一深度感測器之偵測訊號後，根據至少一深度感測器之偵測訊號的幅值，判斷移動裝置處於提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態。其中，提起狀態係為移動裝置懸空於一支撐面，傾斜狀態係為移動裝置之一端懸空於支撐面且另一端接觸於支撐面，邊緣狀態係為移動裝置位於支撐面的邊緣。據此，可於移動裝置處於上述提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態時，進行適當的應變程序。
於一實施例中，所述應變程序為立即或緩慢的變換移動裝置之運動(如非線性或線性的停止、轉向以及一直線或非直線模式的倒退等)。藉此，可改變狀態避免移動裝置仍持續動作或維持狀態。於另一實施例中，應變程序為輸出一警告，此警告可持續發出直到被解除或是持續一段時間後自動解除。而可讓使用者協助移動裝置脫離上述提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態。
於再一實施例中，應變程序為致使移動裝置返回原點或出發點；或回復至上一步的狀態，抑或回復上一步狀態後再主動或被動地改變狀態。
在一些實施例中，狀態檢測方法還可根據至少一深度感測器之偵測訊號，取得移動裝置的移動方向及移動距離，並根據移動裝置的移動方向及移動距離記錄移動裝置的移動軌跡。於是，可根據移動軌
跡致使移動裝置返回原點或出發點。
在一實施例中，深度感測器的數量為複數個，當全部的深度感測器之偵測訊號之變化量均超過第一閥值時，判斷該移動裝置為提起狀態。此外，當部分的深度感測器之偵測訊號之變化量超過第二閥值，且其他的深度感測器之偵測訊號不變時，判斷移動裝置為傾斜狀態；當部分的深度感測器之偵測訊號之變化量超過大於第二閥值之第三閥值，且其他的深度感測器之偵測訊號不變時，判斷移動裝置為邊緣狀態。
在一實施例中，狀態檢測方法還包含設置一遮蔽彈片於深度感測器前方，及偵測深度感測器之偵測訊號，於偵測訊號之幅值為零時，判斷該移動裝置處於一碰撞狀態。
本發明另提出一種機器人，包含本體、移動模組、至少一深度感測器及控制模組。移動模組與深度感測器設置於本體的一側面。控制模組電連接移動模組及深度感測器，並根據深度感測器之偵測訊號的幅值，判斷機器人處於提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態。其中，提起狀態係為機器人懸空於支撐面，傾斜狀態係為機器人之一端懸空於支撐面且另一端接觸於支撐面，邊緣狀態係為機器人位於支撐面的邊緣。據此，當機器人處於上述提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態時，可進行前述的應變程序。
本發明還提出一種移動裝置，包含本體、至少一深度感測器及控制模組。深度感測器設置於本體的一側面。控制模組電連接深度感測器，並根據深度感測器之偵測訊號的幅值，判斷移動裝置處於一提
起狀態、一傾斜狀態或一邊緣狀態。其中，提起狀態係為移動裝置懸空於一支撐面，傾斜狀態係為移動裝置之一端懸空於支撐面且另一端接觸於支撐面，邊緣狀態係為移動裝置位於支撐面的邊緣。
綜上所述，本發明之實施例提出一種狀態檢測方法、機器人及移動裝置，而可以簡約的深度感測器，識別出機器人等移動裝置是否為提起狀態、傾斜狀態、碰撞狀態或邊緣狀態，無需設置多樣繁複的感測器來分別偵測此四種狀態。據此，可於偵測到此四種狀態時，進行適當的應變程序以限定運動行為或系統內部狀態或程序的轉向。
100‧‧‧機器人
110‧‧‧本體
111‧‧‧殼體
112‧‧‧吸塵口
113‧‧‧清潔刷
114‧‧‧吸塵模組
120‧‧‧移動模組
121‧‧‧轉向滾輪
122‧‧‧固向滾輪
130‧‧‧深度感測器
131‧‧‧罩殼
132‧‧‧紅外光發射器
133‧‧‧紅外光接收器
134‧‧‧開孔
135‧‧‧突出部
136‧‧‧遮蔽片
140‧‧‧控制模組
150‧‧‧警告模組
160‧‧‧儲存模組
200‧‧‧支撐面
300‧‧‧移動裝置
S710‧‧‧設置至少一深度感測器於移動裝置的底部
S720‧‧‧控制模組取得至少一深度感測器之偵測訊號
S730‧‧‧控制模組根據至少一深度感測器之偵測訊號的幅值，判斷移動裝置是否處於提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態
S740‧‧‧執行應變程序
S910‧‧‧機器人移動
S920‧‧‧是否有深度感測器未偵測到支撐面
S930‧‧‧障礙迴避
S940‧‧‧是否超過預設時間
S950‧‧‧停止掃地機器人
S960‧‧‧是否有深度感測器未偵測到支撐面
S970‧‧‧停止掃地機器人
[第1圖]係為本發明第一實施例之機器人之立體圖。
[第2圖]係為本發明第一實施例之深度感測器之示意圖。
[第3圖]係為本發明第一實施例之機器人之方塊示意圖。
[第4圖]係為本發明第一實施例之提起狀態示意圖。
[第5圖]係為本發明第一實施例之傾斜狀態示意圖。
[第6圖]係為本發明第一實施例之邊緣狀態示意圖。
[第7圖]係為本發明第一實施例之狀態檢測方法流程圖。
[第8圖]係為本發明第一實施例之深度感測器之另一示意圖。
[第9圖]係為本發明第一實施例之移動裝置之示意圖。
[第10圖]係為本發明第二實施例之機器人之仰視圖。
[第11圖]係為本發明第二實施例之狀態檢測方法流程圖(一)。
[第12圖]係為本發明第二實施例之狀態檢測方法流程圖(二)。
參照第1圖，係為本發明第一實施例之機器人100之立體圖。如第1圖所示，機器人100包含本體110、移動模組120、至少一深度感測器130(於此為一個深度感測器130)。在本實施例中，機器人100為掃地機器人，其本體110包含殼體111、吸塵口112、清潔刷113及吸塵模組114(如第3圖所示)。在其他實施例中，機器人100可為其他類型的機器人，而本體110同樣具有殼體111，並更可包含其他模組(如攝影機、機械手臂等)，視其所需功能而定，因此也可不需設有前述吸塵口112、清潔刷113及吸塵模組114。
如第1圖所示，吸塵口112及清潔刷113設置於殼體111底部。吸塵模組114設置於殼體111內部，可包含吸塵馬達、集塵室、濾芯等。移動模組120設置在本體110的底部。深度感測器130設置於殼體111的一側面(於此深度感測器130設置於殼體111內部鄰近於殼體111的底部，且部分顯露於殼體111的底部外)，深度感測器130可朝遠離機器人100的方向偵測。在本實施例中，移動模組120可包含二個固向滾輪122、一個轉向滾輪121及驅動固向滾輪122與轉向滾輪121的驅動馬達(圖未示)。深度感測器130可為紅外線感測器、超音波偵測器或靜電感測器等非接觸式測距感測器。
參照第2圖，係為本發明第一實施例之深度感測器130之示意圖。本實施例中，深度感測器130係為紅外線感測器，包含罩殼131、紅外光發射器132及紅外光接收器133。罩殼131包含二開孔134，分別對應於紅外光發射器132及紅外光接收器133設置。紅外光發射器132可
通過開孔134輸出紅外光至罩殼131外。紅外光經由外部空間反射後，可通過另一開孔134進入罩殼131，而使紅外光接收器133可接收到經反射的紅外光。
如第2圖所示，紅外光接收器133在相鄰於開孔134的一端係成彎折狀，而朝接近紅外光發射器132的方向彎折。藉此，可以讓紅外光接收器133有最大的接收面積與接收角度來接收環境反射後的紅外光發射器132發出的紅外光。
如第2圖所示，罩殼131在二開孔134之間更具有一突出部135，突出部135係凸伸於二開孔134所在平面，藉此可阻隔紅外光發射器132及紅外光接收器133，而可避免紅外光接收器133直接接收到紅外光發射器132射出的紅外光(即未經反射的紅外光)。此外，因為突出部135的阻隔，二開孔134的孔徑大小可盡可能的擴大，而可提昇紅外光發射器132的出光量及紅外光接收器133的接收光量，據此可提高偵測準確率與靈敏度。
參照第3圖，係為本發明第一實施例之機器人100之方塊示意圖。機器人100還包含控制模組140。控制模組140係可為處理器，例如嵌入式處理器。控制模組140電連接移動模組120及深度感測器130，並根據紅外光接收器133所偵測到的偵測訊號(即接收紅外光並進行光電轉換而產生的電訊號)的幅值，判斷機器人100處於提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態。換言之，偵測訊號的幅值係與深度感測器130相對於支撐面200(如第4至6圖所示)的距離呈負相關，可據以判斷機器人100處於何種狀態。以下分別以第4至6圖說明此三種狀態。
參照第4圖，係為本發明第一實施例之提起狀態示意圖。提起狀態係為機器人100懸空於一支撐面200。在此，支撐面200可為地面、桌面等。所指懸空係指機器人100任一處均未與支撐面200接觸。例如，當機器人100被孩童舉起時，相對於地面為懸空。
參照第5圖，係為本發明第一實施例之傾斜狀態示意圖。傾斜狀態係為機器人100之一端懸空於支撐面200，且另一端接觸於支撐面200。如圖中所示，機器人100之右側懸空而未與支撐面200接觸，而機器人100之左側與支撐面200接觸。
參照第6圖，係為本發明第一實施例之邊緣狀態示意圖。邊緣狀態係為機器人100位於支撐面200的邊緣。例如，機器人100移動到樓梯口。
參照第7圖，係為本發明第一實施例之狀態檢測方法流程圖，由前述控制模組140執行。首先，設置至少一深度感測器130於移動裝置的一側面(步驟S710)。移動裝置可為自走裝置(如機器人)，在本實施例中，移動裝置為機器人100；在其他實施例中，移動裝置可為手機等可移動的物品。
進入步驟S720後，控制模組140取得至少一深度感測器130之偵測訊號。
而後，在步驟S730中，控制模組140根據至少一深度感測器之偵測訊號的幅值，判斷移動裝置是否處於前述的提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態。若符合所述三種態樣(提起狀態、傾斜狀態或邊緣狀態)，則進入步驟S740，執行一應變程序；若否，則回到步驟S720，
繼續偵測。於此，應變程序可為(1)變換移動裝置之運動，如關閉電源或待機，以停止移動裝置之運動，而可避免移動裝置仍持續動作而意外傷害孩童，也可節省移動裝置不必要的耗電，或可使移動裝置轉向或倒退等，以避免移動裝置仍持續動作或維持狀態；(2)輸出一警告，以讓使用者協助使移動裝置脫離上述狀態；或(3)致使移動裝置返回原點或回復至上一步狀態，使得移動裝置可主動脫離上述狀態。所述應變程序係由控制模組140以中斷程序、輪詢程序或執行緒(Thread)切換等軟體程序來執行。
參照第8圖，係為本發明第一實施例之深度感測器130之另一示意圖。相較於第2圖，係增加了遮蔽片136，係透過彈性元件(如彈簧)連接於罩殼131。遮蔽片136設置於紅外線接收器133的前方，當機器人100的底部遭到撞擊，遮蔽片136將朝向紅外線接收器133位移，而遮擋光線進入對應於紅外線接收器133的開孔134，而產生遮蔽、阻斷的作用。因此，在碰撞狀態下，深度感測器130的偵測訊號的幅值為零或接近零的值。於偵測到碰撞狀態後，可執行前述的三種應變程序中的任一種。在此，突出部135的另一作用是阻擋、限位遮蔽片136的移動。
在另一實施例中，遮蔽片136可設置於紅外線發射器132的前方，據以於碰撞狀態下遮蔽紅外光發射器132輸出的紅外光。
在另一實施例中，深度感測器130還可包含開關元件(圖未示)，設置於罩殼131與遮蔽片136之間。在遮蔽片136朝向罩殼131位移時，遮蔽片136觸發開關元件，控制模組140電連接開關元件，而於接收到開關元件之觸發訊號時，便可判定為碰撞狀態。
參照第9圖，係為本發明第一實施例之移動裝置300之示意圖。在此，移動裝置300係以手機為例，手機的背面設置如第8圖所示之深度感測器130，而碰撞狀態下(即手機以背面朝向並置放在支撐面時)，執行第一應變程序，關閉手機的電源或使手機待機，而可節省手機電力。
復參照第3圖，機器人100還可包含警告模組150，電連接於控制模組。若執行上述第二應變程序，可透過警告模組150輸出警告。於此，視警告的型態不同，警告模組150可以不同的元件實現。例如，當警告為聲音時，警告模組150可為喇叭或蜂鳴器；當警告為燈光時，警告模組150可為指示燈或顯示螢幕；當警告為通訊訊息時，警告模組可為行動通訊模組或無線網路模組，以傳送警告訊息至使用者指定之裝置(如手機或電腦)。警告可持續一段時間後自動解除，亦可持續發出直到被使用者解除，例如：機器人100具有解除按鍵(圖未示)，供使用者按下而解除警告。
在一些實施例中，若採用上述第三應變程序，狀態檢測方法還可根據深度感測器130之偵測訊號，例如將偵測訊號轉換為影像，比較先後影像的變化而取得移動裝置的移動方向及移動距離，並根據移動裝置的移動方向及移動距離記錄移動裝置的移動軌跡。因此，機器人100還可包含儲存模組160，如記憶體、記憶卡、硬碟等。如第3圖所示，儲存模組160電連接控制模組140。而於欲返回原點時，控制模組140可讀取儲存模組160內的移動軌跡，根據所記錄的移動軌跡反推而控制移動模組120行進。在此，原點係可為機器人100的充電站或起始點。
在另一實施例中，若機器人100回復至上一步狀態後，機器人100可再主動或被動地改變狀態，例如朝向其他方向移動。
參照第10圖，係為本發明第二實施例之機器人100之仰視圖。相較於第一實施例，本實施例之機器人100具有三個深度感測器130，平均分布於機器人100之底部。以下將以此實施例說明移動裝置具有複數個深度感測器130的態樣。
參照第11圖，係為本發明第二實施例之狀態檢測方法流程圖(一)，係為機器人100在移動中的判斷流程。於步驟S910，機器人100開始移動，而控制模組140判斷是否有深度感測器130未偵測到支撐面200(步驟S920)。若有一個、部分或所有深度感測器130未偵測到，則進入步驟S940，判斷未偵測到支撐面200的狀態是否超過一預設時間，若是，則發生提起或傾斜狀態，需要停止機器人(步驟S950)，若否，則回到步驟S910。其中，於步驟S920及步驟S940之間還包含步驟S930，如遇到障礙物則迴避障礙物。
參照第12圖，係為本發明第二實施例之狀態檢測方法流程圖(二)，係為機器人100在靜止中的判斷流程。控制模組140判斷是否有深度感測器130未偵測到支撐面200(步驟S960)。若有一個、部分或所有深度感測器130未偵測到，則發生提起或傾斜狀態，而需進入步驟S970，停止機器人。
在此，前述是否有深度感測器130未偵測到支撐面200之判斷，係以偵測訊號的變化量是否超過閥值來判斷，若深度感測器130因提起狀態或傾斜狀態，而接收不到反射回來的紅外光，則會造成偵測訊
號的變化量超過閥值。因此，當全部的深度感測器130之偵測訊號之變化量均超過一第一閥值時，則可判斷移動裝置為提起狀態。當部分的深度感測器130之偵測訊號之變化量超過一第二閥值，且其他的深度感測器130之偵測訊號不變時，則可判斷移動裝置為傾斜狀態。當部分的深度感測器130之偵測訊號之變化量超過大於第二閥值之一第三閥值，且其他的深度感測器之偵測訊號不變時，則可判斷移動裝置為邊緣狀態。
綜上所述，本發明之實施例提出一種狀態檢測方法、機器人100及移動裝置300，而可以簡約的深度感測器130，識別出機器人等移動裝置是否為提起狀態、傾斜狀態、碰撞狀態或邊緣狀態，無需設置多樣繁複的感測器來分別偵測此四種狀態。據此，可於偵測到此四種狀態時，進行適當的應變程序，以限定運動行為或系統內部狀態或程序的轉向。
Claims (9)
- 一種狀態檢測方法，適用於一移動裝置，該狀態檢測方法包含：設置複數深度感測器於該移動裝置的一側面；取得該些深度感測器之偵測訊號；及根據該些深度感測器之該偵測訊號的幅值，判斷該移動裝置處於一提起狀態、一傾斜狀態或一邊緣狀態，其中該提起狀態係為該移動裝置懸空於一支撐面，該傾斜狀態係為該移動裝置之一端懸空於該支撐面且另一端接觸於該支撐面，該邊緣狀態係為該移動裝置位於該支撐面的邊緣，其中當部分的該深度感測器之該偵測訊號之變化量超過一第二閥值，且其他的該深度感測器之該偵測訊號不變時，判斷該移動裝置為該傾斜狀態，當部分的該深度感測器之該偵測訊號之變化量超過大於該第二閥值之一第三閥值，且其他的該深度感測器之該偵測訊號不變時，判斷該移動裝置為該邊緣狀態。
- 如請求項1所述之狀態檢測方法，其中當全部的該深度感測器之偵測訊號之變化量均超過一第一閥值時，判斷該移動裝置為該提起狀態。
- 如請求項1所述之狀態檢測方法，更包含：於該移動裝置處於該提起狀態、該傾斜狀態或該邊緣狀態時，變換該移動裝置之運動。
- 如請求項1所述之狀態檢測方法，更包含：於該移動裝置處於該提起狀態、該傾斜狀態或該邊緣狀態時，輸出一警告。
- 如請求項1所述之狀態檢測方法，更包含：於該移動裝置處於該提起狀態、該傾斜狀態或該邊緣狀態時，致使該移動裝置返回原點或回復至上一步狀態。
- 如請求項1所述之狀態檢測方法，更包含：根據該些深度感測器之該偵測訊號，取得該移動裝置的移動方向及移動距離；及根據該移動裝置的該移動方向及該移動距離記錄該移動裝置的一移動軌跡。
- 如請求項1所述之狀態檢測方法，更包含：設置一遮蔽彈片於該深度感測器前方；及偵測該深度感測器之該偵測訊號，於該偵測訊號之幅值為零時，判斷該移動裝置處於一碰撞狀態。
- 一種機器人，包含：一本體；一移動模組，設置於該本體的底部；複數深度感測器，設置於該本體的一側面；及一控制模組，電連接該移動模組及該些深度感測器，並根據該些深度感測器之該偵測訊號的幅值，判斷該機器人處於一提起狀態、一傾斜狀態或一邊緣狀態，其中該提起狀態係為該機器人懸空於一支撐面，該傾斜狀態係為該機器人之一端懸空於該支撐面且另一端接觸於該支撐面，該邊緣狀態係為該機器人位於該支撐面的邊緣，其中當部分的該深度感測器之該偵測訊號之變化量超過一第二閥值，且其他的該深度感測 器之該偵測訊號不變時，判斷該機器人為該傾斜狀態，當部分的該深度感測器之該偵測訊號之變化量超過大於該第二閥值之一第三閥值，且其他的該深度感測器之該偵測訊號不變時，判斷該機器人為該邊緣狀態。
- 一種移動裝置，包含：一本體；複數深度感測器，設置於該本體的一側面；及一控制模組，電連接該些深度感測器，並根據該些深度感測器之該偵測訊號的幅值，判斷該移動裝置處於一提起狀態、一傾斜狀態或一邊緣狀態，其中該提起狀態係為該移動裝置懸空於一支撐面，該傾斜狀態係為該移動裝置之一端懸空於該支撐面且另一端接觸於該支撐面，該邊緣狀態係為該移動裝置位於該支撐面的邊緣，其中當部分的該深度感測器之該偵測訊號之變化量超過一第二閥值，且其他的該深度感測器之該偵測訊號不變時，判斷該移動裝置為該傾斜狀態，當部分的該深度感測器之該偵測訊號之變化量超過大於該第二閥值之一第三閥值，且其他的該深度感測器之該偵測訊號不變時，判斷該移動裝置為該邊緣狀態。
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